クレムソン大学の最も優れた技術の一部は材料科学者やエンジニアによって使用されています

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学生は通常、最初の授業を受ける前からほとんどの専攻についてよく知っていますが、材料科学と工学については、具体的に何を意味するのか疑問に思う人もいます。それは比較的単純です。材料科学者とエンジニアは、人に触れる人工材料を設計、開発、生産する縁の下の力持ちです。現代世界のほぼすべての側面。

1990 年代のテレビコマーシャルを言い換えると、材料科学者やエンジニアは、あなたが購入する製品を作るのではなく、あなたが購入する製品をより良くするのです。 彼らのイノベーションは、レーザー用の光ファイバーから、傷を自分で治すプラスチックや複合材料にまで及びます。材料科学者やエンジニアはキャンパス内で最も興味深い施設や技術を使用しているため、研究に興味のある学生にとっては素晴らしい学問です。 今日、私たちは研究室の扉を大きく開き、この専攻についての理解を深め、その可能性のいくつかを示すために 5 つの例を紹介します。先端材料イノベーション・コンプレックス:クレムソン大学は間もなく、材料科学工学部の教員と彼らが使用する研究室の本拠地となる世界クラスの研究教育施設の着工を予定しています。 143,000平方フィートの建物は、大学で最も技術的に進んだ施設となる。 そこには、最先端の研究および教育研究室、相乗効果のある教室、研究室や教室の外で探索や会話を行うための共同スペースが含まれます。 複合施設内のすべての学生は研究を行い、先端材料、先端製造、エネルギー、健康イノベーションにおいて変革をもたらすことが期待される分野で将来のリーダー、イノベーター、起業家になるための準備を支援します。 Advanced Materials Innovation Complex は 2025 年の開設に向けて順調に進んでいます。つまり、今登録する学生が最初に利用することになるでしょう。

給湯器ではありません:特大の給湯器のように見えるかもしれませんが、高温の溶融溶液熱量計の内部で起こっていることは、サウスカロライナ州が核廃棄物を将来の世代に向けて安全に保管する研究において主導的な役割を果たすのに役立っています。 特注の装置はさまざまな素材の熱流を測定し、非常に感度が高いため、たとえ部屋のすぐ外から来た人の息であっても検知できます。 研究室の天井を高くし、熱量計を設置できるプラットフォームを構築する必要がありました。 数人の研究者が熱量計を使用して、核廃棄物の管理に関する国内の最も複雑な質問のいくつかに答えたり、バッテリー、燃料電池、熱電などのエネルギー変換と貯蔵のための新しい材料を設計したりしています。熱量計によって生成されたデータは国を助けています。米国エネルギー情報局によると、サウスカロライナ州ではクリーンエネルギーの推進が重要な課題であり、サウスカロライナ州では昨年州の電力の半分以上を供給していた。米国エネルギー情報局によると、その鍵を握ったのは材料科学工学部長のカイル・ブリンクマン氏だった。熱量計をクレムソンに持ち込んだとき。自己修復マテリアルの作成:マレック・アーバンと彼のチームは、彼が開発で主導的な役割を果たしたテクノロジー、つまり高忠実度の表面化学イメージングを使用しています。 この技術により、チームは巨大分子の動力学に関与する分子プロセスを測定できるようになった。

その用途の 1 つは、皮膚のように自分自身を治癒できる材料の作成にあります。 先進ポリマー繊維ベース材料におけるJEシリーン財団寄附椅子であるアーバンは、この分野のパイオニアでありリーダーです。アーバンは10年以上自己修復材料を開発しており、自身の傷を修復する塗料からの応用までを検討してきました。弾痕を自分で補修する軍用車両や、自分で修理できるペットのおもちゃまで。 最近のプロジェクトでは、アーバン氏と彼のチームは、燃料供給を多様化する国の取り組みの一環として、水素を供給するための自己修復ホースを開発した。プラスチックのリサイクルの進歩: Kentwool 特別教授の Igor Luzinov 氏は、使い捨て食品容器から発泡包装材に至るまで広く使用されているプラ​​スチックであるポリスチレンをリサイクルする新しい方法につながる可能性のある研究でボールミルを使用しています。それを結びつける絆は壊されなければなりません。 1つの方法は、ポリスチレンを摂氏300度以上に加熱することですが、これはエネルギーを大量に消費し、大規模に行うには法外な費用がかかります。エイムズ研究所の数人の研究者を含む研究チームは、代わりに市販のポリスチレンをボールミルの中に入れました。 装置の電源を入れると装置が揺れ、内部の小さな金属球がポリスチレン片に衝突し、化学変化が促進される。研究チームは、ボールミル加工によりポリマーと呼ばれる分子鎖が10～20倍短い鎖に切断されることを発見した。 鎖を短くすると、溶融時のポリスチレンの粘度が低くなり、リサイクルが容易になります。

しかし最も驚くべきことに、研究チームは、ボールミル粉砕によってモノマーと呼ばれる単一分子も生成されることを発見した。ポリスチレンをモノマーに分解する能力は、製造時に一般的に含まれるさまざまな添加剤などの不純物からポリスチレンを分離する鍵となる可能性がある。 これは、再生ポリスチレンが食品や医療用途を含む幅広い用途に使用できることを意味します。

3D プリンティングとレーザーの組み合わせ: クレムソンにある 1 つのデバイスは、レーザー選択的統合アディティブ/サブトラクティブ マニュファクチャリング (L-IASM) として知られる技術で 3D プリンティングとレーザーを組み合わせています。

あるプロジェクトでは、研究者らはこの技術を利用して、将来のクリーンエネルギー源となる可能性のある水素発電タービンの技術を進歩させている。

水素燃料タービンが風力タービンや太陽光パネルなどの他のクリーン エネルギー源に比べて優れている点は、天候の変化を気にすることなく、水素を自由に燃焼させて発電できることです。

水素発電タービンを採用する際の大きな課題の 1 つは、タービンブレードを熱や高速蒸気から保護することです。 クレムソン大学で研究中の考えられる解決策は、タービンブレードを特殊なスラリーで覆い、レーザーを使用して一度に 1 点ずつ焼結し、保護コーティングを作成することです。 クレムソンの研究者は、L-IASM を使用して、被覆材としての適合性を分析できるさまざまな材料のサンプルを作成しています。

陸軍研究所との共同プロジェクトである別のプロジェクトでは、クレムソンの研究者らは 3D プリンティング施設を使用して、超高速の発射体を停止したり、極超音速で飛行する物体を誘導したりできる新しいセラミック複合材料の作成を研究しています。

さらに別のプロジェクトでは、研究者らはレーザーを使用して燃料電池、電解槽、バッテリーのスタックを製造しています。 レーザーベースの 3D プリンティングを使用すると、研究者は加工温度をマイクロメートルスケールで正確に制御できます。 このユニークな機能により、研究者はエネルギー デバイスのスタックを継続的に構築することができ、その結果、エネルギー密度の高いコンパクトなデバイスが得られます。

L-IASM の開発は、材料科学および工学の准教授 Fei Peng 氏を含む学際的なチームが担当しています。 Jianhua "Joshua" Tong、材料科学および工学准教授。 ハイ・シャオ氏、ホルコム電気・コンピュータ工学部の学部長。 Jane Zhao、スタンツィオーネ機械工学准教授。 ブリンクマン; Rajendra Bordia 氏、ジョージ J. ビショップ、材料科学および工学の 3 世寄附講座そして自動車工学の助教授、Shunyu Liu氏です。

強力なレーザー:クレムソン大学の教員と学生は、さまざまな高出力の実験用レーザーを作成しています。 正確にカットしたり、非常に小さな穴を開けたりするように設計されたものもあれば、直感に反して物事を冷たくするものもあります。 光ファイバーは多くのレーザー システムの重要な部分であり、クレムソン社のサウスカロライナ州アンダーソンの施設には、業界グレードの光ファイバーを製造するための世界で最もユニークな施設がいくつかあります。 これらには、改造された化学蒸着旋盤と 2 階建てのドロータワーが含まれます。 クレムソン大学には、クレムソン大学材料科学工学部で光ファイバーのJE Sirrine寄附講座を務め、電気工学と物理学で兼任しているジョン・バラート氏を含む、この分野で世界トップクラスの教員もいます。顕微鏡で詳しく見てみると、次のようになります。クレムソン大学の材料科学者とエンジニアは、世界で最もユニークで強力な顕微鏡を使用しています。 その 1 つは共焦点ラマン顕微鏡と呼ばれます。

この顕微鏡を使用すると、研究者はラマン分光法の技術を使用してセラミック材料を検査できます。 それだけではそれほど珍しいことではありませんが、高温と制御された雰囲気を組み合わせた技術を使用することはそれほど一般的ではありません。 この顕微鏡にはその機能があり、材料を摂氏1,500度まで加熱することができます。 教員とその学生は、さまざまな原子力エネルギープロジェクト、特に核燃料被覆材、核廃棄物の固定化、放射線被害に焦点を当てたプロジェクトでこの顕微鏡を使用しています。 たとえば、彼らは溶融塩原子炉で使用される新しいタイプの溶融塩混合物を評価しています。 材料科学および工学の准教授であるルイス・ヤコブソン氏は、クレムソンに顕微鏡を導入するための資金確保に尽力しました。

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